一种基于无人机的封闭式火灾现场热源定位方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种寻找火灾现场热源的方法，特别是涉及到一种基于无人机的封闭式火灾现场热源定位方法。
【背景技术】
[0002]火灾是指在时间或空间上失去控制的燃烧所造成的灾害，在各种灾害中，火灾是最经常、最普遍地威胁公众安全和社会发展的主要灾害之一。
[0003]引起火灾的三要素为可燃物、助燃物、热源，可燃物一般情况下大多为纸、木材、棉等易燃物体，在火灾发生现场往往都会有大量的可燃物；助燃物通俗地说是指帮助可燃物燃烧的物质，确切地说是指能与可燃物质发生燃烧反应的物质，在燃烧过程中最普遍的助燃物就是空气中所含有的氧气，此外还有一些化学药品等；热源即为引起火灾的源头，而在火灾发生时，寻找到热源并采取相应措施无疑是遏制火灾的最有效的手段，对于消防人员来说，火灾现场为封闭式建筑体时会大大增加寻找热源的难度，一旦消防人员在无法准确地寻找到热源的情况下冲进火灾现场实施救援时，不仅无法保证救援的质量，消防人员的人身安全也会受到很大的威胁，因此，在火灾救援过程中找到热源的准确位置就显得尤为重要。
[0004]目前，当封闭式建筑体如仓库发生火灾时，消防人员都是依靠建筑体的图纸、相关人员所口述的建筑体内的信息以及从门窗观察的烟火情形来判断建筑内火势以及热源的分布，这种方式在许多次的火灾救援中都起到了至关重要的作用，但是也会有出现失误的时候，因此，现在急需要一种能够在最短时间内准确找到封闭式火灾现场热源的方法。
[0005]无人机利用其飞行稳定、操作简单等有利条件能够在短时间内对封闭式火灾现场进行完整图像采集；红外热成像仪能够在不进入火灾现场的情况下得到火灾现场内部的温度场信息，能够为消防人员提供科学可靠的数据。将两者结合起来能够简单快捷地找到封闭式火灾现场的热源以及掌握其温度等各项信息，对于消防工作具有非常有利的作用。
【发明内容】
[0006]为了解决【背景技术】中存在的问题，本发明的目的在于提供了一种基于无人机的封闭式火灾现场热源定位方法，该方法将无人机航拍技术、红外热像仪成像技术以及图像拼接技术巧妙地结合起来，从而完成对于封闭式火灾现场热源的寻找工作。
[0007]本发明所要解决的问题包括如下步骤:
[0008]I)采用主要由无人机、与无人机配套的遥控器、红外热成像仪以及PC上位机组成的系统，PC上位机与无人机之间通过无线传输模块连接；无人机上装载有GPS定位模块、气压计、陀螺仪以及带有摄像头的云台机构，红外热成像仪装载在云台机构上，拍摄用于图像拼接的热红外图像以及采集封闭式火灾现场的温度信息；
[0009]2)无人机通过自动巡航模式或者飞手操控模式进行航拍，采集火灾现场建筑物四周围墙和屋顶的热红外图像，然后将采集的热红外图像传送至PC上位机，进行拼接得到四周围墙和屋顶完整的热红外图像，通过热红外图像上的温度数据判断得到温度最高的点，热红外图像上温度最高的点所在位置为最靠近火源的位置，实现对热源的定位。
[0010]由于热源在燃烧时会向周边墙壁以及屋顶传热，从而导致周边墙壁距离最近的点温度要高于墙壁上的其他点，因此消防人员观察五张热红外图像以及相关的温度信息确定热源:当封闭式火灾现场为单层建筑时，消防人员可以通过相邻两堵墙以及屋顶的热红外图像上面温度较高的点来确定热源位置；当封闭式火灾现场为多层建筑时，消防人员也可以通过相邻两堵墙热红外图像上面温度较高的点来确定热源位置。
[0011]然后消防人员根据观察得到的五张热红外图像以及热红外图像上的温度信息确定热源、火灾现场状况能够以最快速度前往热源位置进行火灾救援；消防人员实施救援工作的同时，无人机依旧执行航拍工作，为救援工作提供封闭式火灾现场的实时信息，从而为消防人员提供火势发展信息，直到火灾救援结束无人机停止航拍。
[0012]优选地，所述的无人机采用以下方式进行航拍热红外图像:对火灾现场建筑物的四周围墙进行拍摄，将无人机飞行至建筑物围墙高度一半的飞行高度，无人机与建筑物围墙的距离为墙面高度的三分之二，朝向建筑物以俯视向下60°角度拍摄获取围墙图像；对火灾现场建筑物的屋顶进行拍摄，将无人机飞行至建筑物的屋顶上方，飞行高度为建筑物围墙高度三倍的飞行高度，航拍角度为30°，朝向建筑物以俯视向下30°角度拍摄获取屋顶图像。
[0013]所述的步骤2)中，在PC上位机接收到所有航拍所得的热红外图像后，进行拼接得到火灾现场建筑物四周围墙的热红外图像和屋顶的热红外图像，共计五张热红外图像。
[0014]优选地，所述热红外图像采集时，对于围墙面以及屋顶面可每20米采集一张图像再进行拼接融合。
[0015]优选地，所述步骤2)图像拼接主要包括:先进行图像预处理，包括去噪、边缘提取；再进行图像配准，通过sift方法找出待拼接图像中的特征点，进而确定两幅图像之间的变换关系；根据图像特征之间的对应关系建立两幅图像的变换模型；根据建立的转换模型，将待拼接图像转换到参考图像的坐标系中，完成统一坐标变换；将带拼接图像的重合区域进行融合得到拼接重构的平滑无缝全景图像。
[0016]本发明方法适用于封闭式火灾现场，火灾现场的建筑物为单层建筑或者多层建筑。当封闭式火灾现场为单层建筑时，通过相邻两堵墙以及屋顶的热红外图像上面温度较高的点来确定热源位置，当封闭式火灾现场为多层建筑时，通过相邻两堵墙热红外图像上面温度较高的点来确定热源位置。
[0017]所述的步骤2)火灾现场建筑物为多层建筑的下层建筑时，仅采集四周围墙的图像，不采集屋顶图像。
[0018]所述的步骤2)拍摄的用于图像拼接的热红外图像与热红外图像之间要存在冗余部分，为PC上位机进行的图像拼接工作提供便利。
[0019]所述图像拼接同样适用于视频，当采取视频采集时，步骤I)到步骤4)依旧成立。
[0020]与现有技术相比，本发明的有益效果在于:
[0021]现有技术的寻找封闭式火灾现场热源的方法中，尚未存在基于无人机航拍寻找热源的相关技术，因此本发明是一个全新的方向，是对现在正使用的寻找封闭式火灾现场热源方法的一个全面的升级。
[0022]本发明能够在消防人员不进入情况不明的火灾现场的情况下，通过机载红外热成像仪对火灾现场进行航拍并确定火灾现场内部大致情况以及救援方案，不仅能够减小消防人员进入火灾现场的危险性，而且能够更快更有效地掌握火灾现场内部的情况，为救援工作提供便利。
【附图说明】
[0023]图1为本发明方法的流程示意图。
[0024]图2为本发明的无人机各部件的连接方式示意图。
【具体实施方式】
[0025]以下将参照附图，对本发明的优选实例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
[0026]如图1所示，本发明首先，对封闭式火灾现场的外围进行勘察后规划无人机对封闭式火灾现场外围的前、后、左、右四堵围墙的墙壁以及屋顶的航拍方案；其次，携带有红外热成像仪以及航拍设备的无人机按照预先设定的航拍路线以及拍摄方案进行航拍工作，并将红外热成像仪拍摄的图片以及温度等数据上传至上位机；最后，上位机通过图像拼接技术将红外热成像仪拍摄的图片进行图像拼接，分别得到封闭式火灾现场前、后、左、右四堵墙以及屋顶的热红外图像。
[0027]本发明的无人机搭载有无人机云台机构、电调、超声波探测器、锂电池、无人机飞行控制单元、PMU电源管理单元、气压计、陀螺仪以及PCMS收发模组等装备，并带有配套的遥控器。与无人机配套的遥控器用于操控无人机的飞行；上位机用于对无人机发送采样点的位置信息以及接收无人机获取到的数据、信息。PCMS收发模组用于接收上位机及遥控信息以及将无人机飞行控制单元接收到的数据传送给上位机；无人机用于将PCMS收发模组接收到的指令传送给各个部件并收集各个部件所测的数据；GPS定位模块用于接收GPS卫星传送的无人机实时位置数据；气压计用于测量无人机的实时高度数据；陀螺仪用于测量无人机的实时姿态角；PM